אליס קינגסלי בת ה-19 מוטרדת מחלום מוזר וחוזר ואבלה על אובדן אביה האהוב. היא משתתפת במסיבת גן באחוזת לורד אסקוט, שם היא מתמודדת בהצעת נישואין לא רצויה ובציפיות המחניקות של החברה בה היא חיה. לא בטוחה כיצד להגיב, ומבולבלת יותר ויותר, היא בורחת ורודפת אחרי ארנב בז'קט כחול, ובטעות נופלת לתוך חור גדול. היא מועברת לעולם בשם ארץ הפלאות, שם מקבלים את פניה הארנב הלבן, הנמנמנית, הדודו, וטווידלדם וטווידלדי. הם מתווכחים על זהותה כ"אליס הנכונה" שמנובאת כמי שתחסל את הג'ברווקי של המלכה האדומה ותחזיר את השלטון למלכה הלבנה. הקבוצה לאחר מכן מותקפת על ידי בַנְדֶרְצְבַט וקבוצה של קלפים חיילים בראשותו של נסיך הלבבות. אליס בורחת ונמלטת אל היער.
הנסיך מודיע למלכה האדומה שאליס חזרה לארץ הפלאות ומאיימת על שלטונה שלה, והחיילים מצווים למצוא את אליס באופן מיידי. בינתיים, אליס משוטטת ופוגשת את החתול צ'שייר, שלוקח אותה לארנביב והכובען המטורף. בדרך לארמון המלכה הלבנה, הכובען מספר על שלטונה של המלכה האדומה, ומעיר שאליס היא לא כמו שהייתה פעם. הכובען עוזר לאליס לא להיתפס בכך שהוא מאפשר לעצמו להיתפס במקום. מאוחר יותר, אליס נמצאת על ידי ביהארד, כלב דם, שרוצה לקחת אותה למלכה הלבנה, אבל אליס מתעקשת לעזור לכובען, אז הם הולכים לטירה של המלכה האדומה.
כאשר היא קטנה במיוחד, היא מגיעה לחצר הטירה, ורואה את המלכה משחקת קרוקט, ואז נחבט לעברה קיפוד. היא משחררת את הקיפוד, בעוד הארנב הלבן נשלח להביא חזרה את ה'כדור'. הוא נותן לה חלק מעוגה שתגדיל אותה, אך היא נותנת שתי נגיסות ולכן גדלה יותר מדי. המלכה האדומה אינה מודעת לזהותה האמיתית של אליס, ולכן מברכת אותה כאורחת, בעיקר מכיוון שהיא גדלה וכעת ראשה גדול (ראשה של המלכה האדומה מוצג כגדול יחסית לגופה), ואף מצווה להכין לה בגדים מתאימים, גם אם יהיו עשויים וילונות. אליס מגלה כי החרב הספירלית (הנשק היחיד המסוגל להרוג את הג'ברווקי) נמצאת בתיבה בתוך המאורה של הבַנְדֶרְצְבַט. הנסיך מנסה בגסות לפתות את אליס, אבל היא דוחה אותו. מאוחר יותר היא מצליחה להחזיר את החרב ומתיידדת עם הבַנְדֶרְצְבַט. הנסיך מוצא אותה עם החרב ומנסה לעצור אותה. אליס נמלטת על גבי הבַנְדֶרְצְבַט ונותנת את החרב למלכה הלבנה. חתול הצ'שייר מציל את הכובען מהוצאה להורג, והכובען קורא למרד נגד המלכה האדומה. המרד במהרה נפסק על ידי הציפור ג'אבג'אב. ההתנגדות בורחת לטירה של המלכה הלבנה, ושני הצבאות מתכוננים לקרב. אליס עדיין לא בטוחה לגבי הציפייה שלה להיות הנבחרת של המלכה הלבנה, ופוגשת את אבשלם הזחל. הוא מזכיר לאליס את הביקור האחרון שלה בארץ תחתית (אשר קראה בטעות כ"ארץ הפלאות" אז) שלוש עשרה שנה קודם לכן, ומסייע להביא לה את האומץ להילחם בג'ברווקי ולהשיג "מה שהיא חייבת לעשות", בעוד הוא הופך להיות גולם.
יום הקרב מגיע, ושתי המלכות מאספות את צבאותיהן על שדה קרב הדמוי כלוח שחמט ושולחות את הנבחרים שלהן (אליס הלבושה בשריון וג'ברווקי בהתאמה) להכריע את גורלה של ארץ הפלאות. מעודדת את עצמה עם דבריו של אביה המנוח, אליס מצליחה להרוג את הג'ברווקי. המלכה הלבנה אומרת כי פשעיה של המלכה ראויים לעונש מוות, אך היא עוד דוגלת באמונתה שלא לפגוע באף יצור חי, לכן מגרשת את המלכה האדומה והנסיך לגלות נצחית כאשר הם מחוברים באזיקים, ונותנת לאליס בקבוקון עם הדם של הג'ברווקי בתוכו, שייקח אותה הביתה. הכובען מציע שהיא יכולה להישאר בארץ תחתית, אבל היא מחליטה שהיא חייבת לחזור ומבטיחה שהיא תשוב.
אליס חוזרת הביתה, שם היא נעמדת מול משפחתה ומבטיחה לחיות את חייה בתנאים שלה. לורד אסקוט מתרשם ולוקח אותה כמתלמדת שלו, עם הרעיון של הקמת דרכי מסחר ימיות לסין. כשהסיפור מסתיים, אליס מתכוננת לשוט על אוניית מסחר. אבשלם, עכשיו פרפר, נוחת על כתפה. אליס מזהה אותו ומברכת אותו לפני שהוא מתעופף משם.
הסרט נעשה בהשראת ספרו משנת 1865 של לואיס קרול "הרפתקאות אליס בארץ הפלאות" והמשכו משנת 1871 "מבעד למראה ומה אליס מצאה שם". וסיקובסקה משחקת את אליס בת ה-19, אשר 13 שנה לאחר הביקור הקודם שלה, חוזרת בפעם הראשונה כאישה צעירה. היא מגלה שהיא היחידה שיכולה לעצור את ג'ברווקי, יצור דמוי דרקון שנשלט על ידי המלכה האדומה המשליטה טרור בתושבי ארץ תחתית[2].
אולפני Sony Pictures Imageworks יצרו את רצפי האפקטים החזותיים בתלת מימד. אך הבמאי והמפיק בחרו לצלם במצלמות קונבנציונליות, ולהמיר את הצילומים לתלת-ממד במהלך הפוסט-פרודקשן. הם הסבירו שמצלמות תלת-ממד היו יקרות מדי ו"מגושמות" לשימוש, והם הרגישו שאין הבדל בין קטעי וידאו שהומרו לתלת מימד לאלו שצולמו בפורמט זה מראש[3].
לקראת צאתו לאקרנים נתקל הסרט בקשיי הפצה עקב סכסוך כספי בין סוני לרשתות בתי הקולנוע[4]. בנוסף קיבל הסרט ביקורות מעורבות[5].
למרות הביקורות המעורבות, הסרט גרף 41 מיליון דולר ביום ההקרנה הראשון[6], כ-430 מיליון דולר לאחר עשרה ימים[7] ומיליארד דולר בסך הכל. בטקס פרסי האקדמיה ה-83, הסרט זכה בפרס בימוי אמנות הטוב ביותר ובפרס עיצוב תלבושות הטוב ביותר[8].
פסקול הסרט יצא לאור במקביל להקרנת הסרט בבתי הקולנוע[9].
ב-23 ביולי שנת 2009, חברת disney interactive studios הודיעה שיהיה משחק מחשב על "אליס בארץ הפלאות" שמפותח על ידי חברה צרפתית. המשחק מתוכנן לצאת לשיווק בחנויות באותו שבוע של הסרט. המשחק יהיה מבוסס על הסרט, ובנוסף יכלול אתגרים שדורשים חשיבה עצמאית.
Almost Alice
Almost Alice הוא אלבום אוסף של שירים שיצרו אמנים שונים בהשראת הסרט. הסינגל הראשון מתוכו, "Alice" מאת אבריל לאבין, יצא ב-27 בינואר 2010, בתוכנית הרדיו של ראיין סיקרסט. האלבום יצא ב-2 במרץ 2010.
